Bismuto - Bismuth

Para otros usos, consulte Bismuto (desambiguación) .

Bismuto,  83 Bi
Cristales de bismuto y cubo de 1cm3.jpg
Bismuto
Pronunciación / B ɪ z m ə theta / ( BIZ -məth )
Apariencia plateado pardusco brillante
Peso atómico estándar A r, estándar (Bi) 208,980 40 (1)
Bismuto en la tabla periódica
Hidrógeno Helio
Litio Berilio Boro Carbón Nitrógeno Oxígeno Flúor Neón
Sodio Magnesio Aluminio Silicio Fósforo Azufre Cloro Argón
Potasio Calcio Escandio Titanio Vanadio Cromo Manganeso Planchar Cobalto Níquel Cobre Zinc Galio Germanio Arsénico Selenio Bromo Criptón
Rubidio Estroncio Itrio Circonio Niobio Molibdeno Tecnecio Rutenio Rodio Paladio Plata Cadmio Indio Estaño Antimonio Telurio Yodo Xenón
Cesio Bario Lantano Cerio Praseodimio Neodimio Prometeo Samario Europio Gadolinio Terbio Disprosio Holmio Erbio Tulio Iterbio Lutecio Hafnio Tantalio Tungsteno Renio Osmio Iridio Platino Oro Mercurio (elemento) Talio Dirigir Bismuto Polonio Astatine Radón
Francio Radio Actinio Torio Protactinio Uranio Neptunio Plutonio Americio Curio Berkelio Californio Einstenio Fermio Mendelevio Nobelio Lawrencio Rutherfordio Dubnium Seaborgio Bohrium Hassium Meitnerio Darmstadtium Roentgenio Copérnico Nihonium Flerovio Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson
Sb
↑
Bi
↓
Mc
plomo ← bismuto → polonio
Número atómico ( Z ) 83
Grupo grupo 15 (pnictógenos)
Período período 6
Cuadra   bloque p
Configuración electronica [ Xe ] 4f 14 5d 10 6s 2 6p 3
Electrones por capa 2, 8, 18, 32, 18, 5
Propiedades físicas
Fase en  STP sólido
Punto de fusion 544,7  K (271,5 ° C, 520,7 ° F)
Punto de ebullición 1837 K (1564 ° C, 2847 ° F)
Densidad (cerca de  rt ) 9,78 g / cm 3
cuando es líquido (a  mp ) 10,05 g / cm 3
Calor de fusión 11,30  kJ / mol
Calor de vaporización 179 kJ / mol
Capacidad calorífica molar 25,52 J / (mol · K)
Presión de vapor
P  (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
en  T  (K) 941 1041 1165 1325 1538 1835
Propiedades atómicas
Estados de oxidación −3, −2, −1, +1, +2, +3 , +4, +5 (un óxido ligeramente ácido )
Electronegatividad Escala de Pauling: 2,02
Energías de ionización
Radio atómico empírico: 156  pm
Radio covalente 148 ± 4 pm
Radio de Van der Waals 207 pm
Líneas de color en un rango espectral
Líneas espectrales de bismuto
Otras propiedades
Ocurrencia natural primordial
Estructura cristalina romboédrica
Estructura cristalina romboédrica para bismuto
Velocidad de sonido varilla fina 1790 m / s (a 20 ° C)
Expansión térmica 13,4 µm / (m⋅K) (a 25 ° C)
Conductividad térmica 7,97 W / (m⋅K)
Resistividad electrica 1,29 µΩ⋅m (a 20 ° C)
Orden magnético diamagnético
Susceptibilidad magnética molar −280,1 × 10 −6  cm 3 / mol
El módulo de Young 32 GPa
Módulo de corte 12 GPa
Módulo de volumen 31 GPa
Relación de Poisson 0,33
Dureza de Mohs 2,25
Dureza Brinell 70–95 MPa
Número CAS 7440-69-9
Historia
Descubrimiento Alquimistas árabes (antes del 1000 d.C.)
Principales isótopos de bismuto
Isótopo Abundancia Vida media ( t 1/2 ) Modo de decaimiento Producto
207 Bi syn 31,55 años β + 207 Pb
208 Bi syn 3,68 × 10 5  y β + 208 Pb
209 Bi 100% 2,01 × 10 19  y α 205 Tl
210 Bi rastro 5.012 días β - 210 Po
α 206 Tl
210 m Bi syn 3,04 × 10 6  y ESO 210 Bi
α 206 Tl
Categoría Categoría: Bismuto
| referencias

El bismuto es un elemento químico con el símbolo  Bi y número atómico 83. Es un metal de postransición y uno de los pnictógenos con propiedades químicas que se asemejan a sus hermanos más ligeros del grupo 15, el arsénico y el antimonio . El bismuto elemental puede ocurrir naturalmente, y sus formas de óxido y sulfuro son minerales comerciales importantes. El elemento libre es un 86% más denso que el plomo . Es un metal quebradizo con un color blanco plateado recién producido, pero la oxidación de la superficie puede darle un tinte iridiscente en numerosos colores. El bismuto es el elemento diamagnético más natural y tiene uno de los valores más bajos de conductividad térmica entre los metales.

El bismuto fue considerado durante mucho tiempo el elemento con mayor masa atómica estable, pero en 2003 se descubrió que era extremadamente débilmente radiactivo : su único isótopo primordial , el bismuto-209 , se desintegra por desintegración alfa con una vida media de más de mil millones de veces. la edad estimada del universo . Debido a su vida media tremendamente larga, el bismuto todavía puede considerarse estable para casi todos los propósitos.

El metal bismuto se conoce desde la antigüedad, aunque a menudo se confundía con el plomo y el estaño, que comparten algunas propiedades físicas. La etimología es incierta, pero la palabra puede provenir de las palabras alemanas Weisse Masse o Wismuth ( "masa blanca"), traducidas a mediados del siglo XVI a Nueva América bisemutum o bisemutium .

Usos principales

Los compuestos de bismuto representan aproximadamente la mitad de la producción de bismuto. Se utilizan en cosmética; pigmentos; y algunos productos farmacéuticos, en particular subsalicilato de bismuto , utilizados para tratar la diarrea. La inusual propensión del bismuto a expandirse a medida que se solidifica es responsable de algunos de sus usos, como en la fundición de tipos de impresión. El bismuto tiene una toxicidad inusualmente baja para un metal pesado. A medida que la toxicidad del plomo se ha vuelto más evidente en los últimos años, existe un uso creciente de aleaciones de bismuto (actualmente alrededor de un tercio de la producción de bismuto) como reemplazo del plomo.

Historia y etimología

El metal bismuto se conoce desde la antigüedad; fue uno de los primeros 10 metales que se descubrieron. El nombre bismuto data de alrededor de la década de 1660 y es de etimología incierta; posiblemente proviene del obsoleto bismuto alemán , Wismut , Wissmuth (principios del siglo XVI), quizás relacionado con el antiguo alto alemán hwiz ("blanco"). El nuevo latín bisemutium (debido a Georgius Agricola , que latinizó muchas palabras técnicas y mineras alemanas) proviene del alemán Wismuth , quizás de weiße Masse , "masa blanca".

El elemento se confundió en los primeros tiempos con el estaño y el plomo debido a su parecido con esos elementos. Debido a que el bismuto se conoce desde la antigüedad, a nadie se le atribuye su descubrimiento. Agricola (1546) afirma que el bismuto es un metal distinto en una familia de metales que incluye estaño y plomo. Esto se basó en la observación de los metales y sus propiedades físicas.

Los mineros en la era de la alquimia también le dieron al bismuto el nombre de tectum argenti , o "plata en proceso", en el sentido de plata todavía en proceso de formación dentro de la Tierra.

El bismuto también era conocido por los incas y se usaba (junto con el cobre y el estaño habituales) en una aleación de bronce especial para cuchillos.

Símbolo alquímico utilizado por Torbern Bergman (1775)

A partir de Johann Heinrich Pott en 1738, Carl Wilhelm Scheele y Torbern Olof Bergman , la distinción del plomo y el bismuto quedó clara, y Claude François Geoffroy demostró en 1753 que este metal es distinto del plomo y el estaño.

Caracteristicas

Izquierda: Un cristal de bismuto que exhibe la estructura cristalina escalonada y los colores iridiscentes , que se producen por la interferencia de la luz dentro de la película de óxido en su superficie. Derecha: un cubo de 1 cm 3 de metal bismuto sin oxidar

Características físicas

Diagrama de fases de presión-temperatura del bismuto. T C se refiere a la temperatura de transición superconductora

El bismuto es un metal quebradizo con un tono rosado plateado oscuro, a menudo con un deslustre de óxido iridiscente que muestra muchos colores del amarillo al azul. La estructura en espiral escalonada de los cristales de bismuto es el resultado de una mayor tasa de crecimiento alrededor de los bordes exteriores que en los bordes interiores. Las variaciones en el grosor de la capa de óxido que se forma en la superficie del cristal provocan que diferentes longitudes de onda de luz interfieran en la reflexión, mostrando así un arco iris de colores. Cuando se quema en oxígeno , el bismuto se quema con una llama azul y su óxido forma vapores amarillos . Su toxicidad es mucho menor que la de sus vecinos de la tabla periódica , como el plomo , el antimonio y el polonio .

No se ha verificado que ningún otro metal sea más naturalmente diamagnético que el bismuto. (El superdiamagnetismo es un fenómeno físico diferente). De cualquier metal, tiene uno de los valores más bajos de conductividad térmica (después del manganeso , y tal vez el neptunio y el plutonio ) y el coeficiente de Hall más alto . Tiene una alta resistividad eléctrica . Cuando se deposita en capas suficientemente delgadas sobre un sustrato, el bismuto es un semiconductor , a pesar de ser un metal de postransición . El bismuto elemental es más denso en la fase líquida que en el sólido, una característica que comparte con el germanio , el silicio , el galio y el agua . El bismuto se expande un 3,32% al solidificarse; por lo tanto, durante mucho tiempo fue un componente de las aleaciones de composición tipográfica de bajo punto de fusión , donde compensaba la contracción de los otros componentes de la aleación para formar aleaciones eutécticas de plomo y bismuto casi isostáticas .

Aunque prácticamente no se ve en la naturaleza, el bismuto de alta pureza puede formar cristales de tolva de colores distintivos . Es relativamente no tóxico y tiene un punto de fusión bajo justo por encima de 271 ° C, por lo que los cristales se pueden cultivar con una estufa doméstica, aunque los cristales resultantes tenderán a ser de menor calidad que los cristales cultivados en laboratorio.

En condiciones ambientales, el bismuto comparte la misma estructura en capas que las formas metálicas de arsénico y antimonio , cristalizando en la red romboédrica ( símbolo de Pearson hR6, grupo espacial R 3 m No. 166) del sistema cristalino trigonal. Cuando se comprime a temperatura ambiente, esta estructura Bi-I cambia primero al Bi-II monoclínico a 2.55 GPa, luego al Bi-III tetragonal a 2.7 GPa, y finalmente al Bi-V cúbico centrado en el cuerpo a 7.7 GPa. Las transiciones correspondientes se pueden controlar mediante cambios en la conductividad eléctrica; son bastante reproducibles y bruscos y, por lo tanto, se utilizan para la calibración de equipos de alta presión.

Caracteristicas quimicas

El bismuto es estable tanto al aire seco como al húmedo a temperaturas normales. Cuando está al rojo vivo, reacciona con el agua para producir óxido de bismuto (III).

2 Bi + 3 H 2 O → Bi 2 O 3 + 3 H 2

Reacciona con el flúor para producir fluoruro de bismuto (V) a 500 ° C o fluoruro de bismuto (III) a temperaturas más bajas (típicamente de Bi fundidos); con otros halógenos , solo produce haluros de bismuto (III). Los trihaluros son corrosivos y reaccionan fácilmente con la humedad, formando oxihaluros con la fórmula BiOX.

4 Bi + 6 X 2 → 4 BiX 3 (X = F, Cl, Br, I)
4 BiX 3 + 2 O 2 → 4 BiOX + 4 X 2

El bismuto se disuelve en ácido sulfúrico concentrado para producir sulfato de bismuto (III) y dióxido de azufre .

6 H 2 SO 4 + 2 Bi → 6 H 2 O + Bi 2 (SO 4 ) 3 + 3 SO 2

Reacciona con el ácido nítrico para producir nitrato de bismuto (III) .

Bi + 6 HNO 3 → 3 H 2 O + 3 NO 2 + Bi (NO 3 ) 3

También se disuelve en ácido clorhídrico , pero solo con oxígeno presente.

4 Bi + 3 O 2 + 12 HCl → 4 BiCl 3 + 6 H 2 O

Se utiliza como agente transmetalante en la síntesis de complejos de metales alcalinotérreos:

3 Ba + 2 BiPh 3 → 3 BaPh 2 + 2 Bi

Isótopos

Artículo principal: Isótopos de bismuto

El único isótopo primordial del bismuto, el bismuto-209 , se consideraba tradicionalmente como el isótopo estable más pesado, pero durante mucho tiempo se sospechaba que era inestable por motivos teóricos. Esto finalmente se demostró en 2003, cuando investigadores del Institut d'Astrophysique Spatiale en Orsay , Francia, midieron la vida media de emisión alfa de209
Bi
 ser 2,01 × 10 19  años (3 Bq / M g ), más de mil millones de veces más que la edad estimada actual del universo . Debido a su vida media extraordinariamente larga, para todas las aplicaciones médicas e industriales actualmente conocidas, el bismuto puede tratarse como si fuera estable y no radiactivo. La radiactividad es de interés académico porque el bismuto es uno de los pocos elementos cuya radiactividad se sospechaba y se predijo teóricamente antes de ser detectado en el laboratorio. El bismuto tiene la vida media de desintegración alfa más larga conocida, aunque el telurio-128 tiene una vida media de desintegración beta doble de más de2,2 × 10 24  años . La vida media extremadamente larga del bismuto significa que menos de una milmillonésima parte del bismuto presente en la formación del planeta Tierra se habría descompuesto en talio desde entonces.

Varios isótopos de bismuto con vidas medias cortas se encuentran dentro de las cadenas de desintegración radiactiva de actinio , radio y torio , y se han sintetizado experimentalmente más. El bismuto-213 también se encuentra en la cadena de desintegración del neptunio-237 y el uranio-233 .

Comercialmente, el isótopo radiactivo bismuto-213 se puede producir bombardeando radio con fotones bremsstrahlung de un acelerador de partículas lineal . En 1997, se utilizó un anticuerpo conjugado con bismuto-213, que tiene una vida media de 45 minutos y decae con la emisión de una partícula alfa, para tratar a pacientes con leucemia. Este isótopo también se ha probado en el tratamiento del cáncer, por ejemplo, en el programa de terapia alfa dirigida (TAT).

Compuestos químicos

Ver también: Categoría: Compuestos de bismuto

El bismuto forma compuestos trivalentes y pentavalentes, siendo los trivalentes los más comunes. Muchas de sus propiedades químicas son similares a las del arsénico y el antimonio , aunque son menos tóxicos que los derivados de esos elementos más ligeros.

Óxidos y sulfuros

A temperaturas elevadas, los vapores del metal se combinan rápidamente con el oxígeno, formando el trióxido amarillo, Bi
2O
3. Cuando se funde, a temperaturas superiores a 710 ° C, este óxido corroe cualquier óxido metálico e incluso el platino. Al reaccionar con una base, forma dos series de oxianiones : BiO-
2, que es polimérico y forma cadenas lineales, y BiO3−
3. El anión en Li
3BiO
3es un anión octamérico cúbico, Bi
8O24-
24, mientras que el anión en Na
3BiO
3 es tetramérico.

El óxido de bismuto (V) rojo oscuro, Bi
2O
5, es inestable, liberador O
2gas al calentar. El compuesto NaBiO 3 es un fuerte agente oxidante.

Sulfuro de bismuto, Bi
2S
3, se encuentra naturalmente en los minerales de bismuto. También se produce por la combinación de bismuto fundido y azufre.

Estructura del oxicloruro de bismuto (BiOCl) (mineral bismoclito ). Los átomos de bismuto se muestran en gris, rojo oxígeno, verde cloro.

El oxicloruro de bismuto (BiOCl, ver figura a la derecha) y el oxinitrato de bismuto (BiONO 3 ) aparecen estequiométricamente como sales aniónicas simples del catión bismutilo (III) (BiO + ) que comúnmente se encuentra en compuestos acuosos de bismuto. Sin embargo, en el caso de BiOCl, el cristal de sal se forma en una estructura de placas alternas de átomos de Bi, O y Cl, coordinando cada oxígeno con cuatro átomos de bismuto en el plano adyacente. Este compuesto mineral se utiliza como pigmento y cosmético (ver más abajo).

Bismutina y bismutidos

A diferencia del nitrógeno, fósforo y arsénico, que son más ligeros como el nitrógeno, el fósforo y el arsénico, pero similar al antimonio , el bismuto no forma un hidruro estable . Hidruro de bismuto, bismutina ( BiH
3), es un compuesto endotérmico que se descompone espontáneamente a temperatura ambiente. Es estable solo por debajo de -60 ° C. Los bismutidos son compuestos intermetálicos entre el bismuto y otros metales.

En 2014, los investigadores descubrieron que el bismuturo de sodio puede existir como una forma de materia llamada "semimetal de Dirac topológico tridimensional" (3DTDS) que posee fermiones de Dirac 3D a granel. Es una contraparte natural y tridimensional del grafeno con una movilidad y velocidad de electrones similares . El grafeno y los aislantes topológicos (como los de 3DTDS) son materiales cristalinos que son eléctricamente aislantes en el interior pero conductores en la superficie, lo que les permite funcionar como transistores y otros dispositivos electrónicos. Mientras que el bismuturo de sodio ( Na
3Bi ) es demasiado inestable para usarse en dispositivos sin empaque, puede demostrar aplicaciones potenciales de sistemas 3DTDS, que ofrecen distintas ventajas de eficiencia y fabricación sobre el grafeno plano en aplicaciones de semiconductores y espintrónica .

Haluros

Se ha demostrado que los haluros de bismuto en estados de oxidación bajos adoptan estructuras inusuales. Lo que originalmente se pensó que era cloruro de bismuto (I), BiCl, resulta ser un compuesto complejo que consta de Bi5+
9 cationes y BiCl2−
5 y Bi
2Cl2−
8aniones. El BI5+
9catión tiene una geometría molecular prismática trigonal tricaped distorsionada y también se encuentra en Bi
10Hf
3Cl
18, que se prepara reduciendo una mezcla de cloruro de hafnio (IV) y cloruro de bismuto con bismuto elemental, que tiene la estructura [Bi+
] [Bi5+
9] [HfCl2−
6]
3. También se conocen otros cationes de bismuto poliatómicos, como Bi2+
8, encontrado en Bi
8(AlCl
4)
2. El bismuto también forma un bromuro de baja valencia con la misma estructura que "BiCl". Existe un verdadero monoyoduro, BiI, que contiene cadenas de Bi
4I
4unidades. BiI se descompone al calentar al triyoduro, BiI
3y bismuto elemental. También existe un monobromuro de la misma estructura. En estado de oxidación +3, el bismuto forma trihaluros con todos los halógenos: BiF
3, BiCl
3, BiBr
3y BiI
3. Todos estos excepto BiF
3son hidrolizados por agua.

El cloruro de bismuto (III) reacciona con el cloruro de hidrógeno en una solución de éter para producir el ácido HBiCl.
4.

El estado de oxidación +5 se encuentra con menos frecuencia. Uno de esos compuestos es BiF
5, un poderoso agente oxidante y fluorante. También es un fuerte aceptor de fluoruro, que reacciona con el tetrafluoruro de xenón para formar el XeF.+
3 catión:

BiF
5+ XeF
4→ XeF+
3BiF-
6

Especies acuosas

En solución acuosa, el Bi3+
ion se solvata para formar el ion agua Bi (H
2O)3+
8en condiciones fuertemente ácidas. A pH> 0 existen especies polinucleares, la más importante de las cuales se cree que es el complejo octaédrico [ Bi
6O
4(OH)
4]6+
.

Ocurrencia y producción

Ver también: Lista de países por producción de bismuto
bismita mineral
Trozo de un lingote de bismuto roto

En la corteza terrestre, el bismuto es aproximadamente dos veces más abundante que el oro . Los minerales más importantes de bismuto son la bismutinita y la bismita . El bismuto nativo se conoce en Australia, Bolivia y China.

Producción mundial de bismuto, 2016, en toneladas
País Fuentes mineras Refinando fuentes
porcelana 7.400 11.000
Vietnam 2.000 5,000
México 700 539
Japón 428
Otro 100 33
Total 10.200 17,100

La diferencia entre producción minera y refinadora refleja el estado del bismuto como subproducto de la extracción de otros metales como plomo, cobre, estaño, molibdeno y tungsteno. La producción mundial de bismuto de las refinerías es una estadística más completa y confiable.

El bismuto viaja en lingotes de plomo crudo (que puede contener hasta un 10% de bismuto) a través de varias etapas de refinado, hasta que es eliminado por el proceso de Kroll-Betterton que separa las impurezas como escoria, o el proceso electrolítico de Betts . El bismuto se comportará de manera similar con otro de sus principales metales, el cobre. El metal de bismuto en bruto de ambos procesos todavía contiene cantidades considerables de otros metales, principalmente plomo. Al hacer reaccionar la mezcla fundida con cloro gaseoso, los metales se convierten en sus cloruros mientras que el bismuto permanece sin cambios. Las impurezas también se pueden eliminar mediante varios otros métodos, por ejemplo, con fundentes y tratamientos que producen bismuto metálico de alta pureza (más del 99% de Bi).

Precio

Producción minera mundial y promedios anuales del precio del bismuto (Nueva York, sin ajustar por inflación).

El precio del bismuto puro se ha mantenido relativamente estable durante la mayor parte del siglo XX, excepto por un pico en la década de 1970. El bismuto siempre se ha producido principalmente como subproducto del refinado del plomo y, por lo tanto, el precio generalmente refleja el costo de recuperación y el equilibrio entre la producción y la demanda.

La demanda de bismuto era pequeña antes de la Segunda Guerra Mundial y era farmacéutica: los compuestos de bismuto se usaban para tratar afecciones como trastornos digestivos, enfermedades de transmisión sexual y quemaduras. Se consumieron cantidades menores de metal bismuto en aleaciones fusibles para sistemas de rociadores contra incendios y cables fusibles . Durante la Segunda Guerra Mundial, el bismuto se consideró un material estratégico , utilizado para soldaduras, aleaciones fusibles, medicamentos e investigación atómica. Para estabilizar el mercado, los productores fijaron el precio en $ 1.25 por libra (2.75 $ / kg) durante la guerra y en $ 2.25 por libra (4.96 $ / kg) desde 1950 hasta 1964.

A principios de la década de 1970, el precio subió rápidamente como resultado de la creciente demanda de bismuto como aditivo metalúrgico para el aluminio, el hierro y el acero. A esto le siguió una disminución debido al aumento de la producción mundial, el consumo estabilizado y las recesiones de 1980 y 1981-1982. En 1984, el precio comenzó a subir a medida que aumentaba el consumo en todo el mundo, especialmente en Estados Unidos y Japón. A principios de la década de 1990, se inició la investigación sobre la evaluación del bismuto como un reemplazo no tóxico del plomo en esmaltes cerámicos, plomos de pesca, equipos de procesamiento de alimentos, latones de mecanizado libre para aplicaciones de plomería, grasas lubricantes y perdigones para la caza de aves acuáticas . El crecimiento en estas áreas se mantuvo lento durante mediados de la década de 1990, a pesar del respaldo del gobierno federal de los Estados Unidos a la sustitución del plomo, pero se intensificó alrededor de 2005. Esto resultó en un aumento rápido y continuo del precio.

Reciclaje

La mayor parte del bismuto se produce como subproducto de otros procesos de extracción de metales, incluida la fundición de plomo, y también de tungsteno y cobre. Su sostenibilidad depende de un mayor reciclaje, lo cual es problemático.

Alguna vez se creyó que el bismuto prácticamente se podía reciclar de las uniones soldadas en los equipos electrónicos. Las eficiencias recientes en la aplicación de soldaduras en la electrónica significan que hay sustancialmente menos soldaduras depositadas y, por lo tanto, menos para reciclar. Si bien la recuperación de la plata de la soldadura que contiene plata puede seguir siendo económica, la recuperación del bismuto lo es sustancialmente menos.

Lo siguiente en la viabilidad del reciclado serían los catalizadores importantes con un contenido de bismuto aceptable, como el fosfomolibdato de bismuto. Bismuto utilizado en galvanizado y como aditivo metalúrgico de mecanizado libre.

El bismuto en los usos donde se dispersa más ampliamente incluyen ciertos medicamentos para el estómago ( subsalicilato de bismuto ), pinturas ( vanadato de bismuto ), cosméticos nacarados ( oxicloruro de bismuto ) y balas que contienen bismuto. Reciclar bismuto de estos usos no es práctico.

Aplicaciones

Grabado en blanco y negro de dos hombres extrayendo y trabajando bismuto, martillando y vertiendo en una ladera.
Grabado del procesamiento de bismuto del siglo XVIII. Durante esta era, el bismuto se utilizó para tratar algunos problemas digestivos.

El bismuto tiene pocas aplicaciones comerciales, y aquellas aplicaciones que lo utilizan generalmente requieren pequeñas cantidades en comparación con otras materias primas. En los Estados Unidos, por ejemplo, se consumieron 733 toneladas de bismuto en 2016, de las cuales el 70% se destinó a productos químicos (incluidos productos farmacéuticos, pigmentos y cosméticos) y el 11% a aleaciones de bismuto.

Algunos fabricantes usan bismuto como sustituto en equipos para sistemas de agua potable, como válvulas, para cumplir con los mandatos "sin plomo" en los EE. UU. (Comenzó en 2014). Esta es una aplicación bastante grande, ya que cubre toda la construcción de edificios residenciales y comerciales.

A principios de la década de 1990, los investigadores comenzaron a evaluar el bismuto como un reemplazo no tóxico del plomo en varias aplicaciones.

Medicamentos

El bismuto es un ingrediente de algunos productos farmacéuticos, aunque el uso de algunas de estas sustancias está disminuyendo.

Cosméticos y pigmentos

El oxicloruro de bismuto (BiOCl) se usa a veces en cosméticos, como pigmento en pinturas para sombras de ojos, lacas para el cabello y esmaltes de uñas. Este compuesto se encuentra como el mineral bismoclito y en forma de cristal contiene capas de átomos (ver figura anterior) que refractan la luz cromáticamente, lo que da como resultado una apariencia iridiscente similar al nácar de la perla. Se usó como cosmético en el antiguo Egipto y en muchos lugares desde entonces. El blanco de bismuto (también "blanco español") puede referirse al oxicloruro de bismuto o al oxinitrato de bismuto (BiONO 3 ), cuando se usa como pigmento blanco. El vanadato de bismuto se utiliza como pigmento de pintura no reactivo y estable a la luz (particularmente para pinturas de artistas), a menudo como un reemplazo de los pigmentos amarillo y amarillo anaranjado de sulfuro de cadmio más tóxicos. La variedad más común en las pinturas de los artistas es un amarillo limón, visualmente indistinguible de su alternativa que contiene cadmio.

Metal y aleaciones

El bismuto se utiliza en aleaciones de metales con otros metales como el hierro. Estas aleaciones se utilizan en sistemas de rociadores automáticos para incendios. Constituye la mayor parte (50%) del metal de Rose , una aleación fusible , que también contiene entre un 25% y un 28% de plomo y entre un 22% y un 25% de estaño. También se usó para hacer bronce de bismuto que se usó en la Edad del Bronce.

Reemplazo de plomo

La diferencia de densidad entre el plomo (11,32 g / cm 3 ) y el bismuto (9,78 g / cm 3 ) es tan pequeña que para muchas aplicaciones de balística y ponderación, el bismuto puede sustituir al plomo . Por ejemplo, puede reemplazar al plomo como material denso en plomadas de pesca . Se ha utilizado como un reemplazo para el plomo en tiro , balas y menos letal arma de alboroto municiones. Los Países Bajos, Dinamarca, Inglaterra, Gales, los Estados Unidos y muchos otros países ahora prohíben el uso de perdigones de plomo para la caza de aves de humedales, ya que muchas aves son propensas al envenenamiento por plomo debido a la ingestión errónea de plomo (en lugar de piedras pequeñas y arena) para ayudar a la digestión, o incluso prohibir el uso de plomo para toda la caza, como en los Países Bajos. Los perdigones de aleación de bismuto y estaño son una alternativa que proporciona un rendimiento balístico similar al del plomo. (Otra alternativa menos costosa pero también de menor rendimiento es la perdigones "de acero", que en realidad es hierro blando). Sin embargo, la falta de maleabilidad del bismuto lo hace inadecuado para su uso en balas de caza expansivas.

El bismuto, como elemento denso de alto peso atómico, se utiliza en escudos de látex impregnados de bismuto para proteger de los rayos X en los exámenes médicos, como los TC , principalmente porque se considera no tóxico.

La Unión Europea 's Restricción de Sustancias Peligrosas (RoHS) para la reducción de plomo se ha ampliado el uso de bismuto en la electrónica como un componente de soldaduras de bajo punto de fusión, como un reemplazo para soldaduras de estaño-plomo tradicionales. Su baja toxicidad será especialmente importante para las soldaduras que se utilizarán en equipos de procesamiento de alimentos y tuberías de agua de cobre, aunque también se puede utilizar en otras aplicaciones, incluidas las de la industria del automóvil, en la Unión Europea, por ejemplo.

El bismuto se ha evaluado como un reemplazo del plomo en los latones de mecanizado libre para aplicaciones de plomería , aunque no iguala el desempeño de los aceros con plomo.

Otros usos de metales y aleaciones especiales

Muchas aleaciones de bismuto tienen puntos de fusión bajos y se encuentran en aplicaciones especializadas como soldaduras . Muchos rociadores automáticos, fusibles eléctricos y dispositivos de seguridad en sistemas de detección y extinción de incendios contienen la aleación eutéctica In19.1-Cd5.3-Pb22.6-Sn8.3-Bi44.7 que se funde a 47 ° C (117 ° F) Ésta es una temperatura conveniente ya que es poco probable que se supere en condiciones normales de vida. Las aleaciones de bajo punto de fusión, como la aleación Bi-Cd-Pb-Sn, que se funde a 70 ° C, también se utilizan en las industrias de la automoción y la aviación. Antes de deformar una pieza de metal de paredes delgadas, se llena con una masa fundida o se cubre con una capa delgada de la aleación para reducir la posibilidad de que se rompa. Luego, la aleación se elimina sumergiendo la pieza en agua hirviendo.

El bismuto se utiliza para fabricar aceros de mecanizado libre y aleaciones de aluminio de mecanizado libre para obtener propiedades de mecanizado de precisión. Tiene un efecto similar al plomo y mejora la rotura de viruta durante el mecanizado. La contracción por solidificación en el plomo y la expansión del bismuto se compensan entre sí y, por lo tanto, el plomo y el bismuto se utilizan a menudo en cantidades similares. De manera similar, las aleaciones que contienen partes comparables de bismuto y plomo presentan un cambio muy pequeño (del orden del 0,01%) al fundirse, solidificarse o envejecer. Estas aleaciones se utilizan en fundiciones de alta precisión, por ejemplo, en odontología, para crear modelos y moldes. El bismuto también se utiliza como agente de aleación en la producción de hierros maleables y como material termopar .

El bismuto también se utiliza en aleaciones de aluminio-silicio para refinar la morfología del silicio. Sin embargo, indicó un efecto de envenenamiento sobre la modificación del estroncio . Algunas aleaciones de bismuto, como Bi35-Pb37-Sn25, se combinan con materiales antiadherentes como la mica , el vidrio y los esmaltes porque los mojan fácilmente permitiendo hacer uniones a otras partes. La adición de bismuto al cesio mejora el rendimiento cuántico de los cátodos de cesio. La sinterización de polvos de bismuto y manganeso a 300 ° C produce un imán permanente y un material magnetoestrictivo , que se utiliza en generadores y receptores ultrasónicos que funcionan en el rango de 10 a 100 kHz y en dispositivos de memoria magnética.

Otros usos como compuestos

Vanadato de bismuto, un pigmento amarillo
  • El bismuto está incluido en BSCCO ( óxido de bismuto, estroncio, calcio y cobre), que es un grupo de compuestos superconductores similares descubiertos en 1988 que exhiben las temperaturas de transición superconductoras más altas.
  • El subnitrato de bismuto es un componente de los esmaltes que produce una iridiscencia y se utiliza como pigmento en la pintura.
  • El telururo de bismuto es un semiconductor y un excelente material termoeléctrico . Los diodos Bi 2 Te 3 se utilizan en refrigeradores móviles, refrigeradores de CPU y como detectores en espectrofotómetros infrarrojos .
  • El óxido de bismuto , en su forma delta, es un electrolito sólido para el oxígeno. Esta forma normalmente se descompone por debajo de un umbral de alta temperatura, pero puede electrodepositarse muy por debajo de esta temperatura en una solución altamente alcalina.
  • El germanato de bismuto es un centelleador, ampliamente utilizado en detectores de rayos X y rayos gamma.
  • El vanadato de bismuto es un pigmento amarillo opaco utilizado por algunas compañías de pinturas al óleo, acrílicas y de acuarela de algunos artistas, principalmente como reemplazo de los amarillos de sulfuro de cadmio más tóxicos en el rango de amarillo verdoso (limón) a amarillo anaranjado. Se comporta prácticamente de manera idéntica a los pigmentos de cadmio, como en términos de resistencia a la degradación por exposición a los rayos UV, opacidad, fuerza de tinte y falta de reactividad cuando se mezcla con otros pigmentos. La variedad más utilizada por los pintores de artistas es el color limón. Además de ser un reemplazo para varios amarillos de cadmio, también sirve como un reemplazo visual no tóxico para los pigmentos cromados más antiguos hechos con zinc, plomo y estroncio. Si se agrega un pigmento verde y sulfato de bario (para una mayor transparencia), también puede servir como reemplazo del cromato de bario, que posee un tono más verdoso que los demás. En comparación con los cromatos de plomo, no se ennegrece debido al sulfuro de hidrógeno en el aire (un proceso acelerado por la exposición a los rayos UV) y posee un color particularmente más brillante que ellos, especialmente el limón, que es el más translúcido, opaco y más rápido de ennegrecerse. debido al mayor porcentaje de sulfato de plomo requerido para producir ese tono. También se utiliza, de forma limitada debido a su coste, como pigmento de pintura para vehículos.
  • Un catalizador para la fabricación de fibras acrílicas.
  • Como electrocatalizador en la conversión de CO 2 en CO.
  • Ingrediente en grasas lubricantes .
  • En microestrellas crepitantes ( huevos de dragón ) en pirotecnia , como el óxido , subcarbonato o subnitrato.
  • Como catalizador para la fluoración de ésteres arilborónicos de pinacol a través de un ciclo catalítico Bi (III) / Bi (V), imitando metales de transición en fluoración electrofílica.

Toxicología y ecotoxicología

Ver también bismuthia , una rara condición dermatológica que resulta del uso prolongado de bismuto.

La literatura científica indica que algunos de los compuestos de bismuto son menos tóxicos para los humanos por ingestión que otros metales pesados ​​(plomo, arsénico, antimonio, etc.) presumiblemente debido a la solubilidad comparativamente baja de las sales de bismuto. Se informa que su vida media biológica para la retención de todo el cuerpo es de 5 días, pero puede permanecer en el riñón durante años en personas tratadas con compuestos de bismuto.

La intoxicación por bismuto puede ocurrir y, según algunos informes, ha sido común en tiempos relativamente recientes. Al igual que con el plomo, la intoxicación por bismuto puede provocar la formación de un depósito negro en la encía , conocido como línea de bismuto. La intoxicación se puede tratar con dimercaprol ; sin embargo, la evidencia del beneficio no está clara.

Los impactos ambientales del bismuto no se conocen bien; puede ser menos probable que se bioacumule que algunos otros metales pesados, y esta es un área de investigación activa.

Biorremediación

El hongo Marasmius oreades se puede utilizar para la remediación biológica de bismuto en suelos contaminados.

Ver también

Referencias

Bibliografía

Dominio publico Este artículo incorpora texto de esta fuente, que es de dominio público : Brown, RD, Jr. "Precio promedio anual del bismuto", USGS (1998)

enlaces externos